毛利小五郎帶小蘭和柯南到傳說有天狗出沒的山里玩，路遇鄉土學者下村昌三。天色已晚，小五郎他們只好在民宿住上一晚。第二天，在小蘭的提議下，大家去附近的洞窟景點參觀，卻意外撞到鎮長帶著天狗的面具，在洞窟懸崖上的祠堂上吊自殺。鎮長為何要扮成天狗？他自殺的動機又是什么？

小五郎讓柯南和小蘭陪他一起去位于大分的別府溫泉旅行，說到別府溫泉最有名的莫過于地獄巡游之旅，就在小蘭和柯南興致勃勃討論的時候小五郎卻在一旁默不作聲。在柯南和小蘭的逼問下小五郎才說出了實情，這次的旅行目的是尋找仲代電氣社長的女兒麻奈美，柯南根據照片找到了麻奈美所住的旅館，但這僅僅只是開始。

找到失蹤的貓咪后小五郎和柯南拿著酬勞準備去吃飯，但他們卻突然聽到尖叫的聲音，在樓下他們發現一對夫妻死在了家里。死在客廳里的是身中數刀的前原圣一，而他的妻子前原早紀則被捆綁在臥室的衣櫥里窒息死亡。警方探查之后認為殺死圣一的正是他的妻子早紀，想要掩人耳目而把自己捆起來關入衣櫥的早紀卻遇到了意外，但真相真是這樣嗎？

根據友寄夫人的回憶，寫有打開機關盒方法的紙條被丈夫藏在了某本書中，眾人紛紛開始查閱圖書館中的藏書。柯南在回憶友寄夫人所言之后，頓悟了紙條被藏匿的方法，并推理出紙條所在的書籍。正當眾人齊心協力想要從書中找出紙條時，圖書館突然停電陷入一片黑暗，柯南等人趕緊前往放置機關盒的展廳，卻發現基德早已留下卡片逃之夭夭。

和柯南推測的一樣，17年前殺害羽田浩司的兇手就是那個從現場消失的名叫淺香的保鏢，其真實身份是黑暗組織的二把手朗姆，除了這些從羽田的死亡訊息中得到的線索外柯南一籌莫展。就在柯南思索的時候聽到了電視臺打給毛利小五郎的電話，號稱靈魂偵探的堀田打算破解羽田浩司的案件，但當柯南和小五郎趕到指定賓館時又一起兇殺案發生了。